通过使用具有改善的砂流的浆料抛射除鳞池进行除鳞来制
备防锈金属板的方法
[0002] 本申请要求2010年9月22日提交的美国申请No.12/887,769和2011年2月10日提交的美国申请No.13/024,876的优先权的权益；所述公开内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开涉及用于从薄板或连续形状的平直材料以及从窄的管状材料去除不期望的表面材料的方法。具体地，本公开涉及用于通过对着经过所述设备的材料表面推进除鳞介质，特别地，液体/颗粒浆，并且以形成具有防锈性能的所得材料的方式控制浆料抛射工艺，来从加工的金属板或金属管除鳞的设备和方法。
背景技术
[0004] 如将在下面进一步详细描述的，本文公开的方法和设备具有优于
现有技术中使用的设备和方法的优点。
钢板(又称平压辊)到目前为止为最常见的钢材类型，并且到目前为止比
钢筋条或结构钢更普遍。在金属板由制造商使用之前，其通常通
过热轧工艺制备。在
热轧工艺过程中，
碳钢加热到超过1500°F(815℃)的
温度。所述加热的钢材通过将所述钢板厚度减薄的连续成对的相对
轧辊。当热轧工艺完成时，加工的金属板或热轧钢材通常通过在
水、油或
聚合物液体中淬火降低温度，所述水、油或聚合物液体全部在本领域中公知。然后将加工的钢板卷绕成卷，以方便存储和运送到经加工的金属板的最终用户，即航空器、
汽车、
家用电器等制造商。
[0005] 在加工热轧金属板的冷却步骤过程中，金属板与空气中的
氧气和冷却工序中涉及的水气的反应可能在金属板表面上导致通常称为鳞的氧化
铁层的形成。金属板冷却速率和从热轧工序的总温度下降影响在冷却过程中形成在表面上的鳞的量和成分。
[0006] 在大多数情况下，在金属板可由制造商使用之前，必须调节金属板的表面来提供用于所制造产品的适当表面，以使金属板表面可喷漆或以其他方式涂覆，例如
镀锌。从热轧或加工的金属板表面除鳞的最常用方法是称为“
酸洗涂油”工序。在该工序中，将在热轧工序之后已经冷却到
环境温度的金属板展开，并且拉动通过
盐酸浴，以化学去除形成在金属板表面上的鳞。在由
酸浴除鳞之后，然后将金属板清洗、烘干并且立即涂油来防护金属板表面氧化或生锈。油提供对空气的
薄膜层阻隔，其防护金属板的裸露金属表面暴露于大气和水气。
[0007] 实际上所有平
轧制的钢都经酸洗涂油。由于平轧制的钢使用非常普遍，通常用于汽车、家用电器、建筑和几乎全部农业用具，因此，无论作为最终酸洗产品或酸洗来制备其他常用材料，例如
冷轧、上漆前工序、镀锌、
电镀锌等，酸洗涂油也是非常普通的。举例说明实际范围，世界上最大的钢生产商之一运行非常大的轧钢厂，所述轧钢厂具有16条酸洗生产线，每一条酸洗生产线每月生产约90,000吨。有人估计仅在美国就存在约100条酸洗生产线，还有几千条生产线位于国外。
[0008] 该工序的酸洗部分对于从加工的金属板去除几乎全部氧化物层或鳞很有效。但是，该工序的酸洗部分具有一些缺点。例如，用于酸浴中的酸是
腐蚀性的；其对于设备是有害的，对人们具有危害，并且为环境有害化学物质，具有特别的存储和处理限制。另外，该工序的酸浴步骤在金属板处理设施中需要很大的面积。酸洗生产线通常约300-500英尺长，因此其占据轧钢厂中大量的占地面积。其运行也非常昂贵，运行成本为约12美元/吨-15美元/吨。具有张
力平整机的“酸洗涂油”生产线的成本约为18,000,000.00美元。而且，关键是金属板立即在酸洗工序之后涂油，因为裸露的金属表面将几乎紧接着在暴露于大气和水气中就开始氧化。有时，来自
酸溶液的自由离子(即Cl-)在该工序的酸洗部分之后残留在金属表面上，由此除非立即涂油，否则将促进氧化。
[0009] 由于涂油防护金属板的裸露的金属表面暴露于大气和水气，因此涂油在降低金属氧化方面也很有效。但是，涂油也具有一些缺点。涂敷和随后去除油耗费时间，并且在油产品本身的材料成本方面和在随后的钢加工之前去除油的人工方面都大大增加成本。与酸洗酸一样，油是环境有害材料，具有特定的存储和处理限制。除油产品通常可燃，同样需要钢产品的下游用户的特殊控制。而且再次地，关键的是，金属板应紧接在酸洗工序之后涂油，因为几乎紧接着暴露于大气和湿气时，裸露的金属表面将开始氧化。
[0010] 本文公开的所述方法和设备消除了酸洗生产线，和在酸洗之后对产品施加油的需要。本文公开的所述方法和设备制备防锈产品，而传统的抛丸和其他抛丸技术不能制备具有防锈性能的最终产品，并且因而不能取代对酸洗涂油的需要。与本文公开的方法和设备结合的处理生产线避免了酸洗涂油生产线的很多缺点。例如，与本文公开的方法和设备结合的处理生产线为约100英尺长，由此节约设施中的大量空间。本文公开的所述方法和设备允许用于所述工序中的很多材料再循环，而无需使用有害的化学物质和酸。与使用本文公开的方法和设备的处理生产线相关的运行成本为7美元/吨-10美元/吨，这比与“酸洗涂油”生产线相关的约12美元/吨-15美元/吨的运行成本显著降低。利用本文公开的方法和设备的通常的生产线的投资成本为约6,000,000.00美元，而通常的酸洗生产线的投资成本为约18,000,000.00美元。
附图说明
[0011] 本文所述的设备和方法的其他特征在下面的具体实施方式中和附图中阐述。
[0012] 图1是表示本
发明的加工的金属板除鳞设备及其操作方法的侧视示意图。
[0013] 图2是图1的设备的除鳞机的侧视图。
[0014] 图3是从除鳞机的上游端看的除鳞机的端视图。
[0015] 图4是从除鳞机的下游端看的除鳞机的端视图。
[0016] 图5是图3和图4中所示的除鳞机的一部分的视图。
[0017] 图6是图3和图4中所示的除鳞机的又一部分的视图。
[0018] 图7是图3和图4中所示的除鳞机的又一部分的视图。
[0019] 图8是图1-7的除鳞机中使用的抛丸轮的分解立体视图。
[0020] 图9是显示浆料传送和循环系统的部件的示意图。
[0021] 图10A是图9的浆料传送和循环系统的喷射器的截面图，所述喷射器包括以截面图显示的喷射器
喷嘴。
[0022] 图10B是来自图10A的10B-10B细部的喷射器喷嘴的排出孔的放大前视图。
[0023] 图11是从窄薄材料带除鳞的除鳞机的
实施例的图示。
具体实施方式
[0024] 图1显示了结合从加工的金属板表面除鳞并且制备防锈材料的浆料抛射除鳞池的处理生产线的一个实施例的示意图。如将说明的，金属板如图1中所示沿下游方向从左到右移动通过所述设备。图1中所示的和如下面所述的设备的部件仅构成这样的处理生产线的一个实施例。应可理解，可对所示的和下面所述的生产线进行改变和
修改而不偏离由本申请的
权利要求提供的预期保护范围。
[0025] 参照图1，一卷之前加工的金属板(例如热轧金属板)12与设备14相邻设置，用于向所述设备供给一段金属板16。所述卷金属板12可
支撑在用于以控制方式选择地从卷12展开一段金属板16的任何传统装置上。或者，金属板可以单独的板材供给所述设备。
[0026] 设备14的平整机18与金属板卷12相邻设置，以接收从所述卷展开的所述一段金属板16。平整机18包括多个间隔开的辊22，24。虽然辊式平整机显示在附图中，但是其他形式的平整机也可用于图1的处理生产线中。另外，所述处理生产线可如2008年12月11日提交的共同待决申请序列号12/332,803中所述构造，所述申请的公开内容以引用的方式并入本文中。
[0027] 所述一段加工的金属板16从平整机18传送到除鳞机或除鳞池26中。图1中，包括两对匹配的离心
推进器系统的一对除鳞池26显示为沿金属板16移动的下游方向依序布置，所述两对匹配的离心推进器系统的一对安装用于处理带的两个平直表面中的每一个。两个除鳞池26都以相同方式构建，并且因此仅详细描述一个除鳞池26。除鳞池的数量选择成与金属板的期望线速度匹配，并且确保充分除鳞和后序的表面纹理的调整。虽然下面描述了包括离心推进器系统的浆料抛射除鳞池，但是应意识到，除鳞池可包括用于将加工的金属板浆料抛射的其他机构，例如多个喷嘴。
[0028] 图2显示了从图1中所示的设备去除的除鳞机26的放大侧视图。图2中，所述段金属板移动的下游方向是从左到右。除鳞机26包括中空箱或
外壳28。图5-7中，所述一段金属板16的一部分显示通过除鳞机外壳或箱28。所述一段金属板16显示为在其通过所述除鳞机外壳或箱28时以大体水平方向取向。应可理解，附图中所示的金属板16的水平方向是使金属板前进通过除鳞池的一种方式，金属板可在其通过除鳞设备时垂直取向，或以任何其他方向取向。因此，例如“顶部”和“底部”、“上方”和“下方”以及“上部”和“下部”的术语不应解释为限制所述设备的方向或所述金属板段的相对取向，而是应解释为示例性的，并且用于参照附图中所示元件的方向。
[0029] 外壳或箱28的上游端壁32具有窄入口开口槽34，用于接纳所述一段金属板16的宽度和厚度。所述箱的相对的下游端壁36具有窄槽出口开口38，其也尺寸制成用于接纳所述一段金属板16的宽度和厚度。入口开口34显示在图3中，出口开口38显示在图4中。所述开口配备有设计用于在金属板处理过程中在外壳或箱内盛装浆料的密封装置。除鳞机箱28也具有顶壁42、一连串底壁面板44和一对
侧壁46，48，其封闭所述外壳或箱的内部体积。为了清楚，附图中，当所述一段金属板从入口开口34通过所述箱内部到达出口开口38时，除了支撑所述一段金属板16的成对的相对辊52，54之外，所述外壳或箱28的内部基本上保持打开。在很多情况下，可能优选使用缩回支撑装置，用于辅助将所述带的端部穿过所述机器。所述箱28的底部形成有排出斜槽56，其具有通到所述箱内部的排出端口。排出斜槽56允许从所述一段金属板16去除的材料排出，以及将来自所述箱28内部的用过的浆料收集。
[0030] 一对驱动的离心推进器68安装在安装到箱顶壁42的衬里的壳体、外罩或罩58，62(参见图2-4)中。外罩58，62具有通过箱顶壁42中的开口与箱的内部连通的中空内部。
如图3-7中所示，推进器68及其各自的外罩58，62不是并排设置，而是以沿金属板通过除鳞机的前进方向交错布置方式或间隔布置方式设置在箱顶壁42上。交错布置方式是优选的，以确保从一个推进器排出的浆料不与来自所述对推进器中的另一个推进器的浆料相干涉。
[0031] 一对
电机64安装在所述对外罩58，62上。所述电机64中的每一个具有延伸穿过其相关外罩58，62的壁进入所述外罩的内部中的
输出轴66。推进器轮68(图5-7)安装在外罩中的每一个轴66上。推进器轮及其相关外罩可在结构和操作方面类似于MacMillan(美国
专利No.4,449,331，No.4,907,379和No.4,723,379)、Carpenter等人(美国专利No.4,561,220)、McDade(美国专利No.4,751,798)和Lehane(美国专利No.5,637,029)的美国专利的中公开的浆料排出头，所述全部专利以引用的方式并入本文中。
[0032] 图8显示了可用于前面描述的除鳞池中的抛射轮200的一个实施例的分解立体视图。抛射轮200可具有中心
轮毂202，其带有多个从所述中心轮毂径向伸出的
叶片204。圆形
背板206可布置在轮毂的轴侧。圆形背板206可在圆形背板从轮毂径向向外伸出时邻接每一个叶片的侧边缘，并且在安装在壳体(图8中未示出)中时用于抛射轮的迷宫式后
密封件。与中心轮毂202轴向相对的中心板组件208在部件安装在抛射轮壳体中时形成用于抛射轮的前密封件。布置在轮毂中心中的推进器210将浆料导向到叶片204。喷嘴212安装在推进器210中，并且将浆料从进料管(未示出)导向到推进器。进料管支撑环和密封组件214在所述喷嘴和流道头之间提供密封。已知的来自Astech Inc的型号为BD-250的抛射轮证明是有效的。已知的得自Control Techniques的型号为B607398的
马达证明在驱动抛射轮方面很有效。
[0033]
致动器216可操作地连接到喷嘴212，并且允许所述喷嘴可调节地沿箭头218方向在推进器中设置或旋转，以选择地调节抛射模式。在推进器中选择地旋转喷嘴出口中，浆料将在相对于叶片不同的
位置处离开推进器，由此允许调节抛射模式的强度中心。例如，当在除鳞池中处理较窄宽度的金属板条时，喷嘴出口212可在每一个抛射轮的推进器210中旋转，以使抛射模式的强度中心更多地朝向金属板带的中心导向(即，一个轮的抛射模式的强度中心朝向另一个轮的抛射模式的强度中心移动)。类似地，当在除鳞池中处理较宽宽度的金属板带时，喷嘴出口可在每一个抛射轮的推进器中旋转，以使抛射模式的强度中心更多地朝向金属板带的侧部导向(即，一个轮的抛射模式强度中心移动远离另一个轮的喷射模式的强度中心)。使用致动器216来可调节地在每一个轮的推进器210中
定位喷嘴出口212的位置，以能够在金属板上选择抛射模式的强度中心的位置，和/或根据需要控制金属板的前进速率，允许从金属板表面基本上去除全部鳞和/或调节表面光洁度。一般来说，对于
指定浆料排出速率(即冲击速度)和表面光洁度要求，调节抛射模式允许更窄宽度的金属板带相对于更宽宽度的金属板带更快地前进通过除鳞池。虽然使更宽宽度的金属板带前进通过除鳞机的处理速度比更窄宽度的金属板带相对更慢，但是相对于推进器可调节地设置喷嘴，以选择地设置抛射模式，消除了对调节除鳞机单元外壳上的马达/抛射轮组件的需要，并且由于此，马达/抛射轮组件可在除鳞机单元的外壳上固定在位，并且可消除用于外壳上的马达/抛射轮组件的滑动组件。
[0034] 除鳞池推进器轮及其相关外罩可由高强度耐蚀材料形成。除鳞池推进器轮及其相关外罩也可使用聚合物材料涂覆，以提高从推进器叶片推进的浆料的释放特性，提高对浆料砂组分的
耐磨性，并且提高推进器轮的温度
稳定性和抗化学氧化性。已经证明有效的一种类型的聚合物是由Superior Polymer Products of Calumet，Michigan提供的名称为SP8000MW的金属混合聚合物。已经发现以Duralan商业已知的聚合物很有效。
[0035] 如图3和图7中所示，第二对离心浆料推进器88安装到除鳞箱28的底壁面板44。该单元在基本功能和尺寸方面与所述顶部对相同。第一对推进器68的轴78，82和第二对推进器88的轴98，102及其各自组件都可安装到除鳞机箱28，其相对于通过除鳞机箱28的所述一段金属板16的方向成某个
角度取向。第二对马达84的轴98，102也可以相对于通过所述除鳞池28的所述一段金属板16的平面成某个角度取向。可选择该角度来确保浆料的稳定流动，以减小弹回颗粒和还没有冲击带表面的颗粒之间的干涉，以提高磨蚀的擦洗作用，提高材料去除效率，并且降低倾向于将材料嵌入带中和必须通过后序冲击去除的力。虽然已经发现固定抛射轮马达和调节推进器中喷嘴出口位置对如上所述调节抛射模式非常有用，但是在所述设备的变体实施例中，所述对马达84可同时调节来围绕垂直于推进器68的旋
转轴78，82的一对轴90，92设置，来调节除鳞介质关于金属板16的表面的冲击角度。该可调节的冲击角度由图6中所示的曲线94，96表示。参照图1，图1中所示的马达26的
旋转轴以相对于移动通过所述设备的带16的表面基本上20度的角度取向。在变体实施例中，马达26的位置可调节来改变朝向带16的表面喷射的浆料抛射角度，从在带表面直接向下(即平行于带16的表面的马达26的旋转轴)到在马达旋转轴26和所述带表面16之间的约60度。虽然附图中电机62，84显示为用于除鳞轮68，88的动力源，但是可使用使所述除鳞轮68，88旋转的其他装置。例如，可使用液压操作的马达。具有相当容量和马力的
液压马达往往尺寸更小，因而减少可动支座，并且降低对箱外壳上马达的设置和/或枢转装置的要求。
[0036] 浆料混合物104的供给源与除鳞轮68，84的中心部分中的每一个外罩58，62的内部连通，并且可以前面提到的Lehane的专利中所述的方式喷射到推进器轮中，或通过推进器轮侧部的椭圆形喷嘴喷射。除鳞介质104的供给源示意性显示在图3中来表示向除鳞机箱28的内部供给不同类型的磨蚀浆料去除介质的各种已知方式。
[0037] 上部对除鳞轮68向下朝向通过除鳞池28的所述一段金属板16推进浆料105，冲击顶部表面106，并且从顶部表面除鳞。在一个实施例中，每一对除鳞轮沿相反方向旋转。例如，当所述一段金属板16沿下游方向移动时，如果金属板顶部表面106左侧上的除鳞轮68以逆
时针方向旋转，则金属板顶部表面106右侧的除鳞轮68以顺时针方向旋转。这使每一个除鳞轮68推进浆料105与所述一段金属板16的顶部表面106
接触，其中，由每一个除鳞轮68推进的浆料105的接触区域延伸横跨所述一段金属板16的整个长度，并且略微超出所述一段金属板16的长度。允许推进轮排出物延伸略微超过带的边缘确保了最大均匀
覆盖。这由图5，6和7中所示的除鳞介质105的两个几乎矩形的冲击区域112，114和所述一段金属板16的顶部表面描绘。由于由轮推进的浆料相对于带宽度方向的移动方向随浆料横跨轮直径的排出位置改变，因此对于最终纹理，由于浆料冲击距离轮的最远距离的位置，可能存在一些方向性。这可能通过使用沿相反方向旋转的成对的轮得到补偿，以使带的每一个部分首先经受第一轮的浆料排放，然后通过由从以相反旋转方向操作的第二轮排出的浆料产生的相
反冲击模式补偿并且抵消由第一排放浆料造成的任何方向影响。而且，加工的金属板上的浆料冲击
密度在更靠近推进器轮的位置的区域中更大，并且横跨金属板密度逐渐减小。而且，使用沿相反方向旋转的轴向间隔开的推进器轮将横跨金属板的宽度产生并排镜像浆料冲击密度模式，由此横跨材料的宽度提供均匀的抛射模式。
[0038] 上部对轮68的轴向交错位置还在金属板表面106上轴向间隔开两个冲击区域112，114。这允许金属板的整个宽度受到浆料冲击而不干涉从每一个轮68推进的浆料之间的接触。另外，所述对除鳞轮68，88可调节地朝向或背离通过除鳞机的金属板表面106设置。这将提供与不同宽度的金属板一起使用的辅助调节。通过背离金属板的表面106移动马达64和轮68，与金属板的表面106的冲击区域112，114的宽度可增大。通过朝向金属板的表面106移动马达64及其轮68，与金属板表面106的冲击区域112，114的宽度可减小。
马达64及其除鳞轮68的可调节设置能够使所述设备用于从不同宽度的金属板除鳞。与金属板表面浆料冲击区域的宽度调节的另一种方法是相对于推进器壳体/外罩移动入口喷嘴104的角度位置。第三个选择是围绕
正交于其旋转轴的轴116相对于所述带移动方向旋转所述对推进器，以使来自每一个轮的椭圆形浆料冲击区域，虽然保持相同的长度，但是不是方形或横向于金属板移动方向。移动远离和朝向所述带将还改变流的冲击
能量，并且因此改变除鳞和对制备防锈材料的表面调节的效率。如上所述的第四选择是相对于推进器可调节地将入口喷嘴定位到抛射轮。在每一种情况下，浆料优选从金属板表面基本上去除全部鳞。
[0039] 另外，除鳞轮68的轴78，82的倾斜取向还使浆料105的冲击以相对于金属板16的表面成某个角度导向。浆料105与金属板16的表面的冲击角度选择用于优化制备防锈材料的除鳞和表面调节的效率。15度的角度证明是令人满意的。
[0040] 如图3和图7中所示，下部对除鳞轮88以与上部对除鳞轮68相同的方式将除鳞浆料105导向来冲击所述一段金属板16的底部表面108。在该结构中，所述除鳞介质105在所述一段金属板16的底部表面108上的冲击区域直接与所述金属板的顶部表面上的冲击区域112，114相反。这平衡了带的来自顶部和底部浆料流的
载荷，以提高生产线的
张力稳定性。因而，底部除鳞轮88以与顶部除鳞轮68相同的方式运行来从通过所述除鳞机26的金属板16的底部表面108除鳞，并且可以与如上所述的顶部表面推进器轮相同的方式设置。
[0041] 优选地，顶部表面和/或底部表面推进器轮68，88以比传统砂抛射作业中使用的轮速相对低的轮速操作。优选地，顶部表面和/或底部表面推进器轮68，88旋转来产生200英尺每秒以下的浆料排出速度。更优选地，所述浆料排出速度为约100英尺每秒到200英尺每秒。更优选地，浆料排出速度为约130英尺每秒到150英尺每秒。在传统的抛丸中，砂的排出速度大于200英尺每秒，并且可高达500英尺每秒。
发明人已经发现，通过以低速抛射浆料，并且如下面所讨论的控制其他操作参数，加工的金属板可在通过除鳞池之后具有防锈性能，基本上去除全部鳞，由此消除对辅助处理的需要，例如对酸洗涂油的需要。
[0042] 发明人已经发现在处理金属板中使金属板具有防锈特性的很重要的另一个操作参数涉及浆料混合物中使用的砂的类型和数量。优选控制砂的类型和数量及浆料混合物的排出速度来使除鳞池制备具有商业可接受表面光洁度(即粗糙度)的防锈的加工金属板。控制砂的类型和数量以及浆料混合物的排出速度降低鳞或砂颗粒嵌入加工金属板的更
软钢表面中的可能性。已经发现用于推进浆料和有角的砂的相对低的轮速对从加工的金属板带除鳞氧化物层和形成加工金属板的防锈特性非常有效。通过以200英尺每秒以下的速度推进浆料，有角砂将不会破裂到显著程度，并且随着其与加工钢板反复碰撞而损耗，将逐渐在结构方面变圆。除鳞工艺中发生的砂的变圆导致一些砂尺寸变得更小。砂的混合尺寸有助于确保加工金属板更均匀的表面覆盖。
[0043] 考虑到前述内容，已经证明由水和粒度范围在SAE G80到SAE G40的钢砂形成的浆料混合物是有效的。已经证明由水和粒度为SAE G50的钢砂形成的浆料混合物也是有效的。为了确保浆料混合物的功效，优选监测和控制砂与水的比率。砂与水的每加仑水约2磅到约15磅的砂的比率证明是有效的。砂与水的每加仑水约4磅到约10磅的砂的比率证明也是有效的。至少1700磅每分钟的砂流速证明是有效的。每个抛射轮从约1300磅每分到5000磅每分的砂流速是优选的。
[0044] 砂与水的比率和砂流速可在例如图9中示意性显示的浆料传送和循环系统中控制。砂流速也可是抛射轮容量的函数。除鳞/抛丸池可具有浆料传送和循环系统，其包括使用抽吸或计量所需砂和液体浓度的
泵和喷射器。例如，如图9中所示，来自抛射箱的浆料混合物可导向到具有沉降槽、
过滤器和磁分离器的系统，其中具有适用于再使用的一定粒度和形状的砂从浆料去除，用于以后使用，并且将剩余的液体混合物逐步过滤和分离，以去除消耗的砂和鳞、碎屑以及其他金属颗粒。过滤并且分离的液体可然后导向到具有磁撇渣器的沉降槽系统，以确保液体绝大多数没有固体。之前去除的砂可于是与过滤和分离的液体再混合，以在注射到抛射池中之前形成浆料混合物。
[0045] 为了产生通过除鳞池300的足够的浆料流来基本上从金属板表面去除全部鳞，发明人已经发现需要每个抛射轮产生至少1300磅每分的砂流。优选范围为每个抛射轮从约1300磅每分到约5000磅每分。至少1700磅每分的砂流速证明是有效的。为了产生该流速，除鳞池系统包括至少两个主喷射器进料泵301，每一个产生1,500加仑每分的流经10英寸直径的入口管302的流速。每一个喷射器进料泵的额定容量为200hp，1750rpm，和1，
500gpm下150psi。每一个喷射器进料泵301将其1,500每加仑的流速导向到
歧管304，所述歧管304具有导向到与除鳞池相关的八个抛射轮的四个的入口的四个输出306。在包括四个顶部表面抛射轮(即2个向后2个向前)和四个底部表面抛射轮(即2个向后2个向前)的除鳞池中，一个歧管304可向顶部两个向后抛射轮和底部两个向后抛射轮进料，第二歧管204可向顶部两个向前抛射轮和底部两个向前抛射轮进料。歧管304可包括10英寸直径管，四个出口306中的每一个可包括进一步变窄来容纳包括2-1/2英寸直径管的喷射器进料入口的3英寸直径管。在通
过喷射器308之后，进料(通常为水)与砂混合形成如前面所述的导向到抛射轮推进器的浆料。在冲击除鳞池300中的金属板之后，收集浆料，并且将浆料导向到阻挡槽310。所述阻挡槽提供排出浆料的第一级沉降和清洗，并且允许收集可用的砂用于再使用，并且将鳞和其他颗粒物质进一步导向到可能需要的第二级和第三级沉降和清洗。将来自阻挡槽的可用的砂通过喷射器308的作用抽吸通过喷射器吸入管312到达喷射器308，并且根据需要与喷射器中的液体进料混合形成喷射到除鳞池的抛射轮中的浆料。通到喷射器吸入口的每一个喷射器吸入管312包括4英寸直径管，其可在阻挡槽处膨胀为6英寸直径管。管尺寸从阻挡槽(例如6英寸)到喷射器吸入口(例如4英寸)的变窄给砂提供漏斗作用，由此便于其从阻挡槽流到喷射器吸入口。在进料喷嘴处给每一个抛射轮提供4英寸直径入口管已经发现是有效的。而且，还发现，提供17-1/2英寸的抛射轮直径(即叶片梢到叶片梢的直径)也是有效的。
[0046] 来自阻挡槽310的一部分流出物310可在气旋过滤系统314和阻挡槽之间再循环。来自阻挡槽的另一部分流出物315可导向到包括沉降槽316和过滤单元318的第二级沉降和清洗设备。第二级沉降槽316可具有磁撇渣器和分离器系统320，用于从该工艺去除金属氧化物和其他细颗粒。来自第二级沉降槽的流出物322可导向到第二级过滤系统318。来自第二级过滤系统318的流出物324可然后导向到
冷却塔326，流出物在所述冷却塔326中冷却。然后将冷却和清洗的液体328导向到喷射器进料泵的吸入侧301，以在除鳞池300中进一步处理。
[0047] 图10A显示了用于从阻挡槽310抽吸砂并且使得与冷却和清洗的进料液体328混合形成浆料的喷射器308的截面图。本发明人已经发现，喷射器系统工作良好来产生至少1300磅每分到约5000磅每分的砂流，从而允许基本上从加工的金属板去除全部鳞。具有能够产生
涡流的喷嘴333的喷射器308对获得期望流速很有效。图10A中，喷射器喷嘴以截面图显示。图10B中，显示了喷嘴排出孔的前视图。例如，如美国专利No.5,664,733中显示的喷射器具有混合喷嘴333，其出口孔横截面形状具有基本上圆形的中心部分335和至少三个从所述中心部分外周伸出的围绕所述中心部分的外周等距离间隔开的三个突出部
337。所述至少三个突出部比所述中心部分相对更小，并且喷嘴333具有内部锥形形状，其与所述突出部一起适于从喷嘴孔产生涡流，并且适于与流经喷射器308的
流体混合形成
湍流。
[0048] 如前面提到的，喷射器的清洗液体进料入口330包括2-1/2直径的开口，所述开口排出到4英寸直径的出口332，喷射器吸入口334包括4英寸直径的开口。对于温度小于130°F的进料液体，额定为125psi下425加仑每分的流量的喷射器已经发现是有效的。为了防止喷射器堵塞，液体进料328优选清洁，相对凉(例如＜130°F)，并且没有固体颗粒物质。虽然图10中的系统显示了两级液体进料沉降和清洁，但浆料传送和再循环系统可根据需要包括多级沉降和清洁，以制备足够清洁的用于浆料的具有流动性的进料液体。
[0049] 在浆料传送和再循环系统中，防
腐蚀剂，例如以商标“Oakite”标记由Oakite Products，Inc出售的防腐蚀剂可添加到浆料中。一种或多种添加剂也可引入浆料中，以防止钢砂氧化。虽然添加剂可能在除鳞池中处理之后残留在金属板上，并且提供防锈措施，但是本发明人已经发现，在上面所述条件下处理的金属板具有令人满意的抗腐蚀性，而无需添加这样的防腐蚀剂。而且，其他添加剂可添加到浆料中，以防止形成菌类和其他细菌污染。由Whitmore Lake Michigan的Tronex Chemical Corp提供的商品名为“Power Clean HT-33-B”的添加剂证明对于给处理的金属板和砂提供抗菌和防锈性质是有效的。可根据金属板的后序处理要求和所需防护水平来选择添加剂。而且，如果来料在表面上具有任何油，则可商购的
碱或其他
清洗剂或
去污剂可添加到浆料而不改变浆料抛射工艺的效率。
[0050] 如相关申请中所述的，处理生产线可构造成使结合到显示在图1左边的第一池中的推进器轮的电机以比图1右边所示的第二池中的推进器轮更快的速度旋转。在该结构中，从第一池排出的浆料将使用更大的力冲击材料16，并且基本上从材料表面去除全部鳞，从第二池排出的浆料将以减小的力冲击所述材料，并且将产生更平滑的优选具有防锈性能的表面。为了制备防锈材料，在使用上面所述的浆料成分的情况下，第二池中使用的速度将优选在上面公开的范围内。在另一种结构中，从每一个池26排出的浆料中使用的砂可具有不同的粒度。在该结构中，从第一池排出的浆料中的更大的砂将冲击所述材料表面，以基本上从所述材料表面去除全部鳞，并且具有上面所述的砂组分和砂与水的比率的浆料混合物可用于第二池中来产生更平滑的优选具有防锈性能的表面。可选择的，用于朝向金属板推进浆料的第一池的推进器轮的旋转速度可比第二池的轮的旋转速度更快。这还将导致由第一池推进的浆料冲击金属板表面来基本上从所述表面去除全部鳞。由具有如上所述操作参数的第二池的更慢的旋
转轮推进的浆料的后序冲击将冲击金属板的表面，并且产生优选具有防锈性能的更平滑的表面。在相关申请中所述的处理生产线中，两个抛丸池依序设置在通过所述设备的生产线的金属板的路径中，以有效除鳞，并且提供具有防锈性能的加工的金属板。但是，应意识到，可使用仅一个如上所述构造的抛丸池。
[0051] 虽然最终用户可能期望具有防锈性能的金属板，但是最终用户可能还期望顶部表面纹理与底部表面纹理不同的金属板。应意识到，所述一段金属板的相对表面可通过使用提供到通过所述设备的所述一段金属板上方和下方的轮的不同的除鳞介质和/或使用上面讨论的任何技术由所述设备不同地处理。在部件的内表面主要要求承载用于引伸加工的厚润滑涂层，然后支撑耐磨和耐腐蚀的厚聚合物涂层，和外表面需要提供引入注目的光滑喷漆表面的情况下，通常要求所述金属板带的相对表面上具有不同的目标纹理。例如，用于豪华汽车的
车身面板通常具有该类型要求。调节金属板的表面纹理的能力是很重要的，因为粗糙的表面纹理通常提高涂层
附着力，但是要求更厚的涂层。调节特征能够使处理生产线的操作者调节用于期望条件，即附着力或涂层的表面纹理，同时给表面提供期望的防锈性能。
[0052] 为了辅助控制处理生产线，可使用在线检测器160来检测通过一个或多个除鳞池之后的加工的金属板的顶部和/或底部表面的表面条件，在线检测器的输出可用于辅助处理生产线操作者调节下面任何一项或多项来获得期望的表面条件：(i)枢转、旋转、倾斜和/或设置第一抛丸池的一个或多个顶部表面推进器轮；(ii)枢转、旋转、倾斜和/或设置第一抛丸池的一个或多个底部表面推进器轮；(iii)枢转、旋转、倾斜和/或设置第二抛丸池的一个或多个顶部表面推进器轮；(iv)枢转、旋转、倾斜和/或设置第二抛丸池的一个或多个底部表面推进器轮；(v)提高或降低处理生产线速度；或(vi)致动所述致动器来使进料喷嘴相对于每一个抛射轮的推进器旋转，以调节抛射模式的强度中心。在线检测器可设置在两个抛丸池26之间，或可设置在第二抛丸池之后，如图1中所示。例如，检测器可包括设置在处理生产线下游，两个抛丸池之后，并适于检测残留在所述带顶部和底部表面上的鳞水平的氧化物检测器，并且至少部分根据检测的表面条件(即检测的鳞水平)，可调节第一或第二池操作(即，推进器轮速度、推进器轮角度、推进器轮位置)或处理生产线速度(即，金属板前进通过除鳞机的速率)。一种这样的氧化物检测器公开在美国专利申请公开No.2009/0002686中，所述公开内容以引用的方式并入本文中。检测器也可以是表面光洁度检测器，即表面光洁度仪，并且待检测和控制的表面条件可对应于表面光洁度。检测器也可包括
机器视觉系统，并且待检测和控制的表面条件可对应于加工金属板中的表面瑕疵，例如瘢点、裂片、金属污物、松散鳞结
块、磨损的碎片等。一个或多个检测器可用于检测金属板的顶部表面和底部表面的表面情况。可检测表面情况的组合，并且每一个池的操作参数可改变来获得期望的表面情况。
[0053] 在除鳞池的另一个实施例中，检测器160可设置有自动反馈机构，其允许根据至少部分检测的表面情况自动控制处理生产线的操作参数。例如，根据检测的表面情况，浆料冲击速率可控制来形成特定表面情况，例如，表面光洁度小于约100Ra。浆料冲击速率可通过改变推进的浆料的排出速度或通过改变处理生产线的速度，即钢板前进通过生产线的速度来改变。因而，至少部分根据检测的表面情况，可根据需要改变通过除鳞池的板材料的前进速率。另外或可替代地，对着金属板侧面推进的浆料排出速率可根据需要至少部分根据检测的表面情况而改变。对于涉及离心推进器的系统，推进器轮的速度可至少部分根据检测的表面情况改变。一般来说，为了获得期望的表面情况，可至少部分根据检测的表面情况改变下面的任何一项或多项：(i)枢转、旋转、倾斜和/或设置第一抛丸池的一个或多个顶部表面推进器轮；(ii)枢转、旋转、倾斜和/或设置第一抛丸池的一个或多个底部表面推进器轮；(iii)枢转、旋转、倾斜和/或设置第二抛丸池的一个或多个顶部表面推进器轮；(iv)枢转、旋转、倾斜和/或设置第二抛丸池的一个或多个底部表面推进器轮；(v)提高或降低处理生产线速度；或(vi)致动所述致动器来使进料喷嘴相对于每一个抛射轮的推进器旋转，以调节抛丸模式的强度中心。一个或多个检测器可用于检测金属板的顶部表面和底部表面的表面情况，顶部表面检测的表面情况和/或底部表面检测的表面情况可提供到自动处理生产线控制系统的输入。还可能期望超过100Ra的表面光洁度，例如在金属板用于喷漆应用的情况。
[0054] 如相关申请中公开的，处理生产线还可包括与抛丸池26相邻设置的刷洗池122，用于从除鳞机接收所述一段金属板16。刷洗池122可以是Voges的美国专利No.6,814,815中公开的类型，所述专利以引用的方式并入本文中。刷洗池122包括多个横跨金属板16的宽度布置的旋转刷。容纳在刷洗池122中的旋转刷在金属板通过刷洗池122时与所述一段金属板16的相对的顶部表面106和底部表面108接触，并且形成独特的刷洗和抛丸处理的表面，通常具有较低的粗糙度，具有一些方向性。刷与喷射在刷洗池122中的水一起作用来处理金属板的相对的表面，由抛丸池26调节或改
变形成的表面纹理。刷单元可安装在抛丸池下游，以降低表面粗糙度(Ra)。可选择地，刷122可设置在抛丸池26的上游，以在除鳞机之前接收所述一段金属板16。在刷洗池122的该设置中，刷可降低从金属板16的表面除鳞中在抛丸池26上的工作量。但是，优选刷设置在除鳞机下游。应意识到，处理生产线不需要具有刷洗单元。
[0055] 处理生产线也可包括与刷洗池122相邻设置的
烘干机124，用于从刷洗池接收所述一段金属板16，或如果没有安装或没有选择刷洗单元，则直接从抛浆池接收所述一段金属板16。烘干机124在金属板通过烘干机时从所述一段金属板16的表面烘干液体。液体为漂洗过程的残余物。应意识到，处理生产线不需要具有烘干机。
[0056] 处理生产线可还包括卷绕机126，其从烘干机124接收所述一段金属板16，并且将所述一段
金属薄板卷绕成卷，以存储或运送所述金属板。为了促使从金属板表面基本上去除全部鳞，金属板可在其拉动通过除鳞池时在张力作用下放置。张力可由例如在2008年12月11日提交的共同待审申请序列号No.12/332,803中所述的卷绕机126提供。张力也可通过张紧辊和/或张力平整机施加，或通过沿生产线在金属板通过一个或多个除鳞池时改变金属板的前进速率来在金属板中产生伸长的其他装置施加。优选地，金属板在其通过抛丸池处理时伸长达0.5％。由于金属板的伸长促进在抛丸池中进行的除鳞，因此处理生产线的相对速度可提高。
[0057] 在可替代生产线结构/实施例中，由所述设备处理的所述一段金属板进一步通过将涂层涂敷到金属板表面来进一步处理，例如镀锌涂层或油漆涂层。所述一段金属板还可通过将所述一段金属板运行再次通过图1中所述的生产线设备来进一步处理。
[0058] 所述设备也可用于从不同于所述薄板材料的另一个形状的材料除鳞。图11图示了用于从窄薄材料带132，例如金属带除鳞的设备，所述金属带之后形成管或金属丝或棒材。在图11中所示的设备的变体实施例中，采用与本发明之前描述的实施例的相同的除鳞机。使用相同的附图标记来指示与本发明之前描述的实施例的部件和位置关系相同，但是附图标记后加上撇号(′)。图11中，所述一段带132沿由箭头134标示的方向移动通过除鳞设备。可看到，推进器轮68′，88′的取向为使其在除鳞介质105′的接触区域的宽度沿带132的长度延伸的情况下推进除鳞介质105′。除了上面所述的区别，图11中所示的设备的实施例在将鳞从金属带132表面去除中以与之前所述的实施例相同的方式运行。可选择地，所述对旋转轮可调节地更靠近材料带的相对表面设置，以使
喷丸区的宽度仅略微大于所述带表面的宽度。在该替代实施例中，轮的速度可略微降低，以补偿由于将轮移动更靠近金属板带表面造成的喷丸力的增大。
[0059] 为了能够使金属板处理生产线扩大来支撑其他的除鳞池或抛丸池，或其他件设备，处理生产线的部件，包括除鳞池，并可安装在轨道或I型梁系统170上(图1)。轨道或I型梁包括沿所述设备在地面高度延伸的轨道。每一个部件具有接合和/或设置在轨道系统上的支座172(图1)，因而便于处理生产线的部件的轴向移动和对准。当部件去除或添加时，生产线可打开，并且待去除或添加的部件可沿轨道系统移动，由此缩短与改变处理生产线相关的停工时间。通过提供轨道系统，处理生产线可横跨地板或设备的另一个支撑表面延伸，因而消除通常用于容纳处理生产线的大型部件的地面凹坑。通常，地面凹坑构建昂贵，并且其在改变处理生产线的结构方面降低操作者的灵活性。提供用于安装处理生产线部件的I型梁或轨道系统提高操作灵活性，并且允许处理生产线的操作者根据需要通过添加或去除喷丸池或其他辅助设备来缩放处理生产线。
[0060] 发明人已经确定，在上面所述条件下通过上面所述的抛浆除鳞池的加工金属板允许金属板处理具有防锈性能。用于热轧工艺中的
碳钢通常包含微量的
铝、铬、锰和
硅元素。例如，通常的热轧碳钢可具有以下化学成分：Al-0.03％；Mn-0.67％；Si-0.03％；Cr-0.04％，C-其余部分。发明人已经确定，使用上面讨论的一种或多种除鳞方法处理钢材在包含一种或多种上面提到的微量元素的钢基质中形成非常薄的
钝化层( (埃))，因而能够使加工的钢板具有防锈性能。发明人还确定，使用上面讨论的一种或多种除鳞方法处理钢材从金属板表面基本上除鳞。
[0061] 虽然本文已经通过参照本发明的几个实施例描述了本发明设备和方法，但是应可理解，可根据本发明的基本概念进行改变和修改而不偏离下面权利要求的预期范围。
